Oblast techniky

Technické řešení se týká kombinovaného měřicího a detekčního systému na elektrickém vodiči, obsahujícího alespoň jedno čidlo elektrického proudu ve tvaru prstence okolo elektrického vodiče a/nebo alespoň jedno čidlo elektrického napětí ve tvaru prstence okolo elektrického vodiče.

Dosavadní stav techniky

Konstrukce měřicích transformátorů nebo jakýchkoli jiných snímačů se zpravidla navrhuje tak, aby vyhovovala tomu kterému řešení. V případě, že je měřicí transformátor navržen na jednu aplikaci, je schopen splnit limitní hodnoty výdržného napětí pro tuto aplikaci. V případě použití stejného transformátoru pro jiné aplikace, hodnota výdržného napětí už nemusí splňovat příslušné požadavky a může být proto obtížné takový měřicí transformátor používat za daných nepříznivých podmínek. Navíc elektrická pole z okolního prostředí mohou mít vliv na měřené veličiny a takto ovlivňovat přesnost měření.

Poněvadž se v současné době konstrukce měřicích transformátorů navrhuje pro specifickou aplikaci, je třeba, pokud se má měřicí transformátor použít pro odlišnou aplikaci, provádět dielektrické testy pro zjištění toho, je-li dielektrická odolnost celé sestavy dostačující. Pokud se zjistí, že tomu tak není, je třeba navrhnout externí přístroje, speciální uspořádání nebo dodatečné zaizolování, aby se dosáhlo dostačující dielektrické odolnosti celé sestavy. V různých aplikacích může být zapotřebí různých řešení pro tentýž měřicí transformátor pro splnění těchto požadavků.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje kombinovaný měřicí a detekční systém na primárním vodiči, obsahující alespoň jedno čidlo elektrického proudu ve tvaru prstence okolo primárního vodiče a/nebo alespoň jedno čidlo elektrického napětí ve tvaru prstence okolo primárního vodiče. Podstatou technického řešení přitom je, že prostor mezi čidlem elektrického proudu a/nebo elektrického napětí a primárním vodičem je alespoň z jedné strany od okolního prostoru oddělen vodivou elektrodou ve tvaru prstence okolo primárního vodiče.

Ve výhodném provedení obsahuje tento kombinovaný měřicí a detekční systém jak čidlo elektrického proudu, tak i čidlo elektrického napětí. Přitom prstenec vodivé elektrody má vnitřní kruhovou hranu a vnější kruhovou hranu a plocha vodivé elektrody mezi vnitřní a vnější kruhovou hranou svírá s osou primárního vodiče úhel v rozmezí od 60° do 120°. Vodivá elektroda přiléhá svou vnitřní kruhovou hranou k primárnímu vodiči a je s ním vodivě spojena, a její vnější kruhová hrana je od povrchu primárního vodiče vzdálena více než vnitřní strana čidla elektrického proudu. Čidlo elektrického napětí je uspořádáno mezi primárním vodičem a čidlem elektrického proudu pro odstínění čidla elektrického napětí od vnějších vlivů. Vodivá elektroda je přitom u vnější kruhové hrany zahnuta směrem od čidel elektrického proudu a elektrického napětí nebo stočena do lemu o kruhovém průřezu.

I v dalším výhodném provedení obsahuje kombinovaný měřicí a detekční systém jak čidlo elektrického proudu, tak i čidlo elektrického napětí. Prstenec vodivé elektrody má tak jako u předešlého provedení vnitřní kruhovou hranu a vnější kruhovou hranu a plocha vodivé elektrody mezi vnitřní a vnější kruhovou hranou svírá s osou primárního vodiče úhel v rozmezí od 60° do 120°. Vodivá elektroda je však svou vnější kruhovou hranou připevněna k čidlu elektrického proudu a je uzemněna a čidlo elektrického napětí je uspořádáno mezi primárním vodičem a čidlem elektrického proudu pro odstínění čidla elektrického napětí od vnějších vlivů. Vodivá elektroda je u vnitřní kruhové hrany v odstupu od povrchu primárního vodiče zahnuta směrem k čidlům elektrického proudu a elektrického napětí nebo stočena do lemu o kruhovém průřezu. Rovněž je výhodné zahnutí směrem od čidel elektrického proudu či napětí.

-1 CZ 23097 U1

Také další výhodné provedení kombinovaného měřicího a detekčního systému obsahuje jak čidlo elektrického proudu, tak i čidlo elektrického napětí. Rovněž platí, že prstenec vodivé elektrody má vnitrní kruhovou hranu a vnější kruhovou hranu a že plocha vodivé elektrody mezi vnitřní a vnější kruhovou hranou svírá s osou primárního vodiče úhel v rozmezí od 60° do 120°. Vodivá 5 elektroda je však na plovoucím potenciálu a čidlo elektrického napětí je uspořádáno mezi primárním vodičem a měřičem elektrického proudu pro odstínění čidla elektrického napětí od vnějších vlivů. I zde je vodivá elektroda u vnitřní kruhové hrany v odstupu od povrchu primárního vodiče zahnuta směrem k čidlům elektrického proudu a elektrického napětí nebo stočena do lemu o kruhovém průřezu.

ίο Ve zvláště výhodném provedení jsou vodivé elektrody v kombinovaném měřicím a detekčním systému uspořádány po obou stranách prostoru mezi čidlem elektrického proudu a elektrického napětí a primárním vodičem.

V jiném výhodném provedení je čidlo elektrického proudu vytvořeno jako proudový transformátor nebo jako nízkovýkonový proudový senzor.

i 5 Čidlo elektrického napětí je v tomto nebo jiném výhodném příkladném provedení vytvořeno jako kapacitní a/nebo odporový dělič.

V případě zahnutí vodivé elektrody u vnitrní kruhové hrany nebo jejího stočení do lemu o kruhovém průřezu má zakřivení zakřiveného nebo stočeného konce vodivé elektrody poloměr větší než 1 mm.

V případě, že vodivá elektroda není vodivě spojena s primárním vodičem, je ve výhodném provedení technického řešení vnitřní poloměr prstence vodivé elektrody menší než vzdálenost prstencovitého čidla napětí od osy primárního vodiče.

V takovém případě je rovněž výhodné, jestliže je sestava čidel elektrického napětí a elektrického proudu s vodivými elektrodami zalita do izolačního materiálu, přičemž vzdálenost čidel elektric- kého napětí a elektrického proudu i vodivých elektrod od povrchu izolačního materiálu je větší než 1 mm.

A konečně v dalším výhodném provedení technického řešení obsahuje kombinovaný měřicí a detekční systém kromě čidla elektrického proudu nebo čidla elektrického napětí čidlo teploty.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále podrobněji popsáno podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je částečný řez kombinovaného měřicího a detekčního systému s vodivou elektrodou vodivě spojenou s primárním vodičem a na obr. 2 je částečný řez kombinovaného měřicího a detekčního systému s vodivou elektrodou spojenou s čidlem elektrického proudu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je znázorněno první příkladné provedení kombinovaného měřicího a detekčního systému, na primárním vodiči 3. Tento kombinovaný měřicí a detekční systém 1 obsahuje čidlo 2 elektrického proudu ve tvaru prstence okolo primárního vodiče 3 a čidlo 6 elektrického napětí ve tvaru prstence okolo primárního vodiče 3. K primárnímu vodiči 3 jsou vodivě připojeny dvě vodivé elektrody 4 ve tvaru prstenců okolo primárního vodiče 3, které oddělují prostor mezi čid40 lem 2 elektrického proudu a čidlem 6 elektrického napětí od okolního prostoru. Specifický odpor materiálu vodivých elektrod 4 se může blížit nule, ale může být až v rádu desítek Či stovek kiloohmů.

Prstenec vodivé elektrody 4 má vnitřní kruhovou hranu 2 a vnější kruhovou hranu 8 a plocha vodivé elektrody 4 mezi vnitřní a vnější kruhovou hranou 7 a 8 svírá s osou 9 primárního vodiče 45 3 úhel 90°. Vodivá elektroda 4 může být skloněna i pod jiným úhlem, například v rozmezí od 60° do 120°, a vytvářet tak plášť komolého kužele, pokud splňuje to, aby chránila čidlo 6 elektric

-2CZ 23097 U1 kého napětí od rušivých vlivů, zejména ze směru rovnoběžného s osou 9 primárního vodiče 3. Z důvodu snadné montáže je však lepší, je-li plocha vodivé elektrody 4 kolmá na osu 9 primárního vodiče 3. Vodivá elektroda 4 přiléhá svou vnitřní kruhovou hranou 2 k primárnímu vodiči 3 a je s ním vodivě spojena, a vnější kruhová hrana 8 vodivé elektrody 4 je od povrchu primárního vodiče 3 vzdálena více než vnitřní strana čidla 2 elektrického proudu. Čidlo 6 elektrického napětí je uspořádáno mezi primárním vodičem 3 a čidlem 2 elektrického proudu pro odstínění čidla 6 elektrického napětí od vnějších vlivů. Vodivá elektroda 4 je přitom u vnější kruhové hrany 8 zahnuta směrem od čidel 2 a 6 elektrického proudu a elektrického napětí. Vodivá elektroda 4 však může být u vnější kruhové hrany 8 stočena i do lemu o kruhovém průřezu, takže vznikne uspořádání, u něhož je možnost dielektrických výbojů z vnější kruhové hrany 8 vodivé elektrody 4 snížena na minimum. Jak zahnutí tak i stočení vodivé elektrody 4 u vnější kruhové hrany 8 má v příkladném provedení poloměr R zahnutí větší než 1 mm.

Čidlo 6 elektrického napětí je uspořádáno mezi čidlem 2 elektrického proudu a primárním vodičem 3, takže je prstencovitým čidlem 2 elektrického proudu odstíněno od rušivých vlivů zvnějšku. Kromě toho je odstíněno i vodivými elektrodami 4 z obou stran ve směru rovnoběžném s osou 9 primárního vodiče 3. Vnější poloměr B prstencové vodivé elektrody 4 je přitom větší než vnitřní poloměr A prstencovitého čidla 2 elektrického proudu. Celý kombinovaný měřicí a detekční systém 1 je zalit do bloku 10 izolačního materiálu 5, nejlépe o permitivitě vyšší než 1, přičemž vzdálenost D čidla 2 elektrického proudu od povrchu bloku 10 i vzdálenost E vodivé elektrody 4 od povrchu bloku 10 je větší než 1 mm. Rovněž poloměr S čidla 6 elektrického napětí je větší než 1 mm.

Na obr, 2 je znázorněno druhé příkladné provedení kombinovaného měřicího a detekčního systému 1 na primárním vodiči 3. Toto provedení se od prvního provedení liší tím, že vodivé elektrody 4 jsou připojeny k čidlu 2 elektrického proudu a nejsou tak na napětí primárního vodiče 3. Vodivé elektrody 4 mohou být buď spolu s čidlem 2 elektrického proudu uzemněny, nebo mohou být spolu s čidlem 2 elektrického proudu na jiném či plovoucím napětí. Vodivé elektrody 4 jsou prstencovité a zahnutou nebo stočenou část mají na své vnitřní hraně, která je v odstupu C od povrchu primárního vodiče 3. Čidlo 6 elektrického napětí je i v tomto provedení uspořádáno mezi čidlem 2 elektrického proudu a primárním vodičem 3, takže je prstencovitým čidlem 2 elektrického proudu odstíněno od rušivých vlivů zvnějšku. Stejně je odstíněno i vodivými elektrodami 4 z obou stran ve směru rovnoběžném s osou 9 primárního vodiče 3. Stejně jako v předešlém provedení je i zde celý kombinovaný měřicí a detekční systém 1 zalit do bloku 10 izolačního materiálu 5, přičemž vzdálenost D čidla 2 elektrického proudu od povrchu bloku 10 i vzdálenost E vodivé elektrody 4 od povrchu bloku 10 je větší než 1 mm. I zde platí, že poloměr S čidla 6 elektrického napětí je větší než 1 mm.

V činnosti měří kombinovaný měřicí a detekční systém 1 na primárním vodiči 3 napětí i proud tohoto primárního vodiče 3. Vodivé elektrody 4 si udržují stálé napětí, a to buď napětí shodné s napětím na primárním vodiči 3, jako v prvním příkladném provedení, nebo napětí nulové nebo plovoucí jako ve druhém příkladném provedení, což vytváří příznivý průběh elektrického pole mezi nimi. Čidlo 6 elektrického napětí, které je mezi nimi, je tak v homogenním elektrickém poli, které není ovlivněno odstíněnými vnějšími vlivy, tím spíše, že ze strany kolmé k ose 9 primárního vodiče 3 je čidlo 6 elektrického napětí odstíněno čidlem 2 elektrického proudu. Měření napětí se tímto uspořádáním stabilizuje a nepodléhá náhodným odchylkám a ovlivněním způsobenými různými aplikacemi, což zvyšuje jeho přesnost, spolehlivost a použitelnost.

Průmyslová využitelnost

Kombinovaný měřicí a detekční systém podle technického řešení je možno s výhodou využít při měření elektrického proudu a napětí v silnoproudé elektrotechnice, např. pro rozvaděče.